1.基于兩次電荷轉(zhuǎn)移的高動態(tài)范圍圖像傳感器,其特征在于,包括光電轉(zhuǎn)換模塊、行列讀出控制模塊、相關(guān)雙采樣電路、列放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器;相關(guān)雙采樣電路對光電轉(zhuǎn)換模塊讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,并濾除一部分系統(tǒng)噪聲,列放大器將相關(guān)雙采樣電路采集到的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行放大,由行列讀出控制送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化。
2.如權(quán)利要求1所述的基于兩次電荷轉(zhuǎn)移的高動態(tài)范圍圖像傳感器,其特征在于,所述的光電轉(zhuǎn)換模塊由一個M×N陣列的像素單元組成,其中,M、N均為正偶數(shù),每個像素單元由4T像素、比較器模塊、鎖存器模塊及二選一多路選擇器模塊組成;在外部光信號的作用下,像素單元產(chǎn)生隨光強變化的像素信號,實際上就是起到將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的作用;4T像素輸出信號連接到比較器的反向輸入端,而比較器的正向輸入端連接的是參考電壓Vref;比較器的輸出連接到鎖存器上,每一次比較器輸出跳轉(zhuǎn)時,都能鎖存住數(shù)字碼;鎖存器的輸出連接到二選一多路選擇器,用以根據(jù)光強信息產(chǎn)生復(fù)位信號RST和電荷轉(zhuǎn)移信號TG。
3.如權(quán)利要求2所述的基于兩次電荷轉(zhuǎn)移的高動態(tài)范圍圖像傳感器,其特征在于,所述的4T像素是在P型襯底上通過擴(kuò)散或注入工藝生長N阱區(qū)以及重?fù)诫s的N+區(qū),N阱區(qū)上通過離子注入生長重?fù)诫s的p+區(qū);在兩個N阱區(qū)、N+區(qū)之間通過干氧法氧化制備柵氧層,并在柵氧層上淀積多晶硅層,形成TG柵;具體連接方式為:M1、SF管的漏端同時與Vdd相連,復(fù)位信號RST接至M1管的柵極,M1管的源端與SF管的柵極以及TG柵一側(cè)的n+區(qū)浮置節(jié)點FD相連,SF管的源端連接M2管的一端,M2管的另一端與并行信號總線相連,行選信號RS接至M2管的柵極;其中,晶體管M1和M2作為開關(guān)管使用,SF為源跟隨器,Vdd為電源電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的基于兩次電荷轉(zhuǎn)移的高動態(tài)范圍圖像傳感器,其特征在于,所述的P型襯底為硅,摻雜材料為硼,摻雜濃度為1×1016/cm3~5×1016/cm3。
5.如權(quán)利要求3所述的基于兩次電荷轉(zhuǎn)移的高動態(tài)范圍圖像傳感器,其特征在于,所述的重?fù)诫sP區(qū)的摻雜材料為硼,摻雜濃度為1×1019/cm3~5×1016/cm3。
6.如權(quán)利要求1所述的基于兩次電荷轉(zhuǎn)移的高動態(tài)范圍圖像傳感器的信號讀出方法,其特征在于,具體步驟如下:
步驟一:電路進(jìn)行復(fù)位操作,M1管和TG柵均打開,將TG柵一側(cè)n+區(qū)浮置節(jié)點FD復(fù)位至Vdd-VTH1,同時清空TG柵另一側(cè)p+n區(qū)積累的光生電荷;
步驟二:TG柵與M1管關(guān)斷,電路進(jìn)入積分狀態(tài),到達(dá)t0時,TG柵打開,存儲在光電二極管PD中的光生電荷轉(zhuǎn)移到浮置節(jié)點FD中;
步驟三:電荷轉(zhuǎn)移完成后,源跟隨器的源端電壓Vs與比較器正向輸入端的參考電壓Vref比較:
如果電壓Vs大于參考電壓Vref,則可判斷出入射光為弱光,直到積分結(jié)束都不會再有電荷轉(zhuǎn)移,浮置節(jié)點FD的電壓保持不變,t2時刻,源跟隨器的輸出電壓Vs被采集并轉(zhuǎn)換,之后開啟下一幀,重復(fù)以上步驟;
如果電壓Vs小于參考電壓Vref,則可判斷入射光為強光,在時刻t1,傳輸柵TG打開,存儲在光電二極管PD中的光生電荷轉(zhuǎn)移到浮置節(jié)點FD中,同時晶體管M1被復(fù)位,然后TG柵和復(fù)位管M1關(guān)閉,電路進(jìn)入積分工作模式;在時刻t2,傳輸柵TG再次打開,此時源跟隨器SF的輸出點電壓被采集并轉(zhuǎn)換,之后開啟下一幀,重復(fù)以上步驟;
其中:VTH1為晶體管M1的閾值電壓,CPD為光電二極管的結(jié)電容,t0為第一次電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生的時刻,t1為第二次電荷轉(zhuǎn)移發(fā)生的時刻,t2為整個積分過程結(jié)束的時刻。